風(fēng)力發(fā)電畢業(yè)論文設(shè)計

1、PAGE1 / NUMPAGES25文檔風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)影響的研究摘要風(fēng)力發(fā)電作為一種綠色能源有著改善能源結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟環(huán)保等方面的優(yōu)勢，也是未來能源電力發(fā)展的一個趨勢，但風(fēng)力發(fā)電技術(shù)要具備與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)相當(dāng)?shù)母偁幜?，還存在一些問題有待解決，本文從風(fēng)力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響入手，總結(jié)了風(fēng)電網(wǎng)并入電網(wǎng)主要面臨的一些技術(shù)問題，如風(fēng)力發(fā)電場的規(guī)模問題，對電能質(zhì)量的影響，對穩(wěn)定性的影響，對保護裝置的影響等，然后針對這些技術(shù)問題，提出了一些解決方案及措施。并介紹了一些新的措施，以建設(shè)我國具有自主產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)。關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電，電能質(zhì)量，穩(wěn)定性，解決方案文檔目錄摘要.1第一章風(fēng)力發(fā)電的歷史與發(fā)展.41.1風(fēng)力發(fā)

2、電的意義.41.2世界風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r.41.3中國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r.5第二章風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng).62.1風(fēng)力發(fā)電的原理.62.2恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng).62.3變速恒頻發(fā)電系統(tǒng).62.3.1不連續(xù)變速系統(tǒng).72.3.2連續(xù)變速系統(tǒng).72.3.3變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的特文檔點.82.3.4變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).8第三章功率控制系統(tǒng).93.1異步發(fā)電機.93.2整流裝置.93.21整流電路的選擇策略.93.2.2穩(wěn)壓電路的選擇策略.103.2.3逆變電路的選擇策略.113.3控制系統(tǒng).11第四章風(fēng)力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響.124.1對電能質(zhì)量的影響.124.1.1影響.124.1.2解決措施.12文檔4.2

3、對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響.134.2.1影響.134.2.2解決措施.134.3對保護裝置的影響.144.3.1影響.144.3.2解決措施.144.4電壓穩(wěn)定性.14第五章風(fēng)電場對策.155.1無功控制有功調(diào)度.155.2低壓穿越.155.3風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù).15結(jié)語.文檔.17參考文獻.18附錄.19文檔第一章風(fēng)力發(fā)電的歷史與發(fā)展1.1風(fēng)力發(fā)電的意義能源是國民經(jīng)濟發(fā)展和人類生活必須的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。我國能源面臨最突出的問題是國內(nèi)化石類能源供應(yīng)嚴(yán)重不足。一項關(guān)于我國未來能源供需報告曾預(yù)測，2020年國內(nèi)可供應(yīng)常規(guī)能源的量不到2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，能源缺口將為4億5億噸，需要從國外進口。如果要減輕我國對石油和

4、天然氣進口的依賴，必須調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，大規(guī)模開發(fā)可再生資源?？稍偕茉磳⒆鳛橹饕奶娲茉?，而風(fēng)力發(fā)電則是可再生能源發(fā)展的的重點，市場廣闊、前景光明、將為國民經(jīng)濟發(fā)展提供更充足的物質(zhì)保證。風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)前既能獲得能源，又能減少有害氣體排放的最佳途徑之一。目前我國的電能結(jié)構(gòu)中75%是煤電，排放污染嚴(yán)重，增加風(fēng)電等清潔能源比重刻不容緩。在減少室溫氣體二氧化碳和導(dǎo)致酸雨的二氧化硫等有害氣體排放、保護環(huán)境、緩解全球氣候變暖方面，風(fēng)電是有效措施之一。風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的效益除了經(jīng)濟和環(huán)境效益以外，還有就業(yè)效益和脫貧致富等社會綜合效益。綜上所述，發(fā)展風(fēng)力發(fā)電意義重大，及減少對石油、煤炭等化石類能源的依賴，減少環(huán)境污

5、染；又能創(chuàng)造就業(yè)，促進地區(qū)經(jīng)濟增長。風(fēng)力發(fā)電是現(xiàn)代社會成熟的、效率最為顯著的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)之一，具有無可比擬的優(yōu)勢。1.2世界風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r隨著國際社會能源緊缺壓力的不斷增大，風(fēng)力發(fā)電得到了高度的重視。近20多年來，風(fēng)電技術(shù)日趨成熟，應(yīng)用規(guī)模越來越大。風(fēng)力發(fā)電在歐洲發(fā)展最快，德國的風(fēng)電發(fā)展處于領(lǐng)先地位，在近期德國制定的風(fēng)電發(fā)展長遠(yuǎn)規(guī)劃中指出，到2025年風(fēng)電要實現(xiàn)占電力總?cè)萘康?5%，到2050年實現(xiàn)占總用量的50%的目標(biāo)。另外，丹麥的風(fēng)能發(fā)電已經(jīng)可以滿足18%的用電需求，法國也在制定風(fēng)能發(fā)電的長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃。同時，亞洲的風(fēng)力發(fā)電也在保持較快的發(fā)展勢頭。其中，印度政府積極推動風(fēng)能發(fā)展，積極鼓勵

6、大型企業(yè)進行投資發(fā)展風(fēng)電，并保持實施優(yōu)惠政策激勵風(fēng)能制造基地，目前印度已經(jīng)成為世界第五大風(fēng)電生產(chǎn)國。（附錄1、附錄2、附錄3）1.3中國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r我國地域幅員遼闊，是世界上風(fēng)力資源較為豐富的國家之一，全國可開發(fā)利用的風(fēng)能約2.5億千瓦。有沿海（XX、XX、XX、XX）和東北至西北（包括XX、XX、XX）兩大風(fēng)帶，風(fēng)的質(zhì)量很好，為開發(fā)風(fēng)力發(fā)電提供了基礎(chǔ)環(huán)境和條件，因此我國也在大力提倡風(fēng)力發(fā)電。我國從70年代開始進行并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電的嘗試。早期，XX，XX等文檔地引入國外風(fēng)力發(fā)電機組開始我國風(fēng)電場的運行試驗與示X。1997年在國家有關(guān)優(yōu)惠政策和國家計委“成風(fēng)計劃”的推動下，年總裝機容量越至10

7、.88萬千瓦?？偟膩碚f我國風(fēng)能并網(wǎng)發(fā)電已經(jīng)走過了30年歷程，但是跟國外相比，我國裝機容量仍然偏低，并且從設(shè)備制造水平來說還未走出“試驗”階段，但是同時也看出我國風(fēng)電潛力巨大。（附錄4）隨著風(fēng)電技術(shù)的日趨完善，已經(jīng)形成一種富有活力的新興產(chǎn)業(yè)，并向產(chǎn)業(yè)化、設(shè)備化、大型化、設(shè)備實用化、取能高度化、成本低廉化和開發(fā)多元化等方向發(fā)展。（附錄5）文檔第二章風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)2.1風(fēng)力發(fā)電的原理因為風(fēng)力發(fā)電沒有燃料問題，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染，風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮。風(fēng)力發(fā)電的原理比較簡單，類似于水利發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電就是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，在透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)

8、車技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速度，便可以開始發(fā)電。風(fēng)機發(fā)出的電因為質(zhì)量不高難以直接應(yīng)用，所以要實現(xiàn)利用就必須要將發(fā)出的電能進行變換，滿足并網(wǎng)要求，這樣就需要我們設(shè)計一個可靠的整流逆變系統(tǒng)和控制系統(tǒng)來對其進行變換和控制，使其滿足條件。2.2恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)一般說來比較簡單。所采用的發(fā)動機主要有兩種，即同步發(fā)電機和鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機。前者運行于由電機級數(shù)和頻率所決定的同步轉(zhuǎn)速，后者則以稍高于同步速的轉(zhuǎn)速運行。風(fēng)力發(fā)電中所用的同步發(fā)電機絕大部分是三相同步電機。其輸出連接到鄰近的三相電網(wǎng)或輸配電線。其輸出連接到鄰近的三相電網(wǎng)或輸配電線。因為三相電機比起相同額定功率的單相電機來，一般體積

9、小、效率較高、而且便宜，所以只有在功率很小和僅有單相電網(wǎng)的少數(shù)情況下才會考慮用單相發(fā)電機。同步發(fā)電機的主要優(yōu)點是可以像電網(wǎng)或負(fù)載提供無功功率，一臺額定容量125KVA、功率因數(shù)為0.8的同步發(fā)電機可以在提供100KW額定功率的同時，向電網(wǎng)提供+75KW和-75KW之間的任何無功功率值。它不僅可以并網(wǎng)運行，也可以單獨運行，滿足各種不同負(fù)載的需要。同步發(fā)電機的缺點是它的結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，成本相對于感應(yīng)發(fā)電機也比較高。感應(yīng)發(fā)電機也稱為異步發(fā)電機，有鼠籠型和線繞型兩種。在恒速恒頻系統(tǒng)中，一般采用鼠籠型異步發(fā)電機。它的定子鐵心和定子繞組的結(jié)構(gòu)與同步發(fā)電機相同。轉(zhuǎn)子采用籠形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵心由硅鋼片疊

10、成，呈圓筒形。槽中嵌入金屬導(dǎo)條，在鐵心兩端用鋁或銅端環(huán)將導(dǎo)條短接。轉(zhuǎn)子不需要外加勵磁，沒有滑環(huán)和電刷，因而結(jié)構(gòu)簡單、堅固，基本無需維護。（附錄6、附錄7）2.3變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)這是20世紀(jì)70年代中期以后逐漸發(fā)展起來的一種新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其主要優(yōu)點是在于風(fēng)輪以變速運行，可以在很寬的風(fēng)俗X圍內(nèi)保持近乎恒定的最佳葉尖速比，從而提高文檔了風(fēng)力發(fā)電機的運行效率，從風(fēng)中獲取的能量可以比恒速風(fēng)力發(fā)電機高得多。此外，這種風(fēng)力發(fā)電機在結(jié)構(gòu)上和使用中還有很多的優(yōu)越性。利用電力電子學(xué)是實現(xiàn)變速運行的最佳最好的辦法之一，雖然與恒速恒頻系統(tǒng)相比可能使風(fēng)電轉(zhuǎn)換裝置的電氣部分變得較為復(fù)雜和昂貴，但電氣部分的成本在中、大

11、型風(fēng)力發(fā)電機組所占比例不大，因而發(fā)展中、大型變速恒頻風(fēng)電機組受到許多國家的重視。2.3.1不連續(xù)變速系統(tǒng)一般來說，利用不連續(xù)變速發(fā)電機可以獲得連續(xù)變速運行的某些好處，但不是全部好處。主要效果是比以前單一轉(zhuǎn)速的風(fēng)電機組有較高的年發(fā)電量，因為它能在一定的風(fēng)速X圍內(nèi)運行于最佳葉尖速比附近。但它對風(fēng)速的快速變化實際上只是一臺單速風(fēng)力機，因此不能期望它像連續(xù)變速系統(tǒng)那樣有效的獲取變化的風(fēng)能。更重要的是，他不能利用轉(zhuǎn)子的慣性來吸收峰值轉(zhuǎn)矩，所以這種方法不能改善風(fēng)力機的疲勞壽命。2.3.2連續(xù)變速系統(tǒng)連續(xù)變速系統(tǒng)可以通過多種方法來得到，包括機械方法、電/機械方法、電氣方法及電子學(xué)方法等。機械方法如采用變速比

12、液壓傳動或可變傳動比機械傳動，電/機械方法如采用定子可旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)發(fā)電機，電氣式變速系統(tǒng)如采用高滑差感應(yīng)發(fā)電機或雙定子感應(yīng)發(fā)電機等。這些方法雖然可以得到連續(xù)的變速運行，但都存在這樣或那樣的缺點和問題，在實際應(yīng)用中難以推廣。目前看來最有前景的當(dāng)屬電力電子學(xué)方法，這種變速發(fā)電系統(tǒng)主要有兩部分組成，及發(fā)電機和電力電子變換裝置。發(fā)電機可以是市場上已有的，通常電機如同步電機、鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機、繞線型感應(yīng)發(fā)電機等。也有近來剛研制的新型發(fā)電機如磁場調(diào)制發(fā)電機、無刷雙饋發(fā)電機等；電力電子變換裝置有交流/直流/交流變換器和交流/交流變換器等。2.3.3變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的特點變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特點是風(fēng)力機和發(fā)電

13、機的轉(zhuǎn)速可在很大X圍內(nèi)變化，而不影響輸出電能的頻率?？梢酝ㄟ^適當(dāng)?shù)目刂?，使風(fēng)力機的尖速比處于或接近最佳值，從而可以最大限度的利用風(fēng)能。另外，對于恒速風(fēng)機來講，當(dāng)風(fēng)速躍升時，巨大的風(fēng)能將通過風(fēng)輪機傳遞給主軸、齒輪和發(fā)電機等部件，在這些部件上產(chǎn)生很大的機械應(yīng)力，如果這種過程重復(fù)出現(xiàn)會引起這些部件的疲勞損壞，因此設(shè)計時應(yīng)該加大安全系數(shù)，從而導(dǎo)致制造成本增加。而風(fēng)力發(fā)電機采取變速運行時，當(dāng)風(fēng)速躍升產(chǎn)生的巨大風(fēng)能，部分被加速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪吸收以功能的形式儲存于高速運轉(zhuǎn)的風(fēng)輪中，從而避免主軸及傳動機構(gòu)承受過大的扭矩和應(yīng)力。當(dāng)風(fēng)速下降時，在電力電子裝置調(diào)控下，將高速風(fēng)輪所釋放的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芩腿腚娋W(wǎng)，風(fēng)輪的加速

14、、減速對風(fēng)能的階躍性變化起到緩沖作用，使風(fēng)力機內(nèi)部能量傳輸部件的應(yīng)力變化比較平穩(wěn)，防止破壞機械應(yīng)力產(chǎn)生，從而使風(fēng)力發(fā)電機組運行更加平穩(wěn)和文檔安全。2.3.4變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變色恒頻風(fēng)力系統(tǒng)以變速恒頻為核心，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括：風(fēng)能機、齒輪箱、異步發(fā)電機、整流裝置、儲能裝置、控制系統(tǒng)六部分。文檔第三章功率控制系統(tǒng)3.1異步發(fā)電機異步發(fā)電機三相電樞繞組的輸出電壓將是由頻率為frf和frfm的兩個分量組成m的調(diào)幅波。通過并聯(lián)橋式整流器整流，然后通過可控硅開關(guān)電路，將波形的一半反向，最后經(jīng)濾波器濾波，即得到與發(fā)電機轉(zhuǎn)速無關(guān)頻率為f的恒頻正旋波輸出。它實質(zhì)上是利用m一臺三相高頻交流發(fā)電機，通過磁場調(diào)制和

15、解調(diào)技術(shù)來產(chǎn)生一個所需的低頻單相輸出。發(fā)電機系統(tǒng)輸出電壓的頻率和相位僅取決于勵磁電流的頻率和相位，而與發(fā)電機的轉(zhuǎn)速無關(guān)。這個特點非常適合用于并網(wǎng)運行，風(fēng)力發(fā)電機的勵磁通過勵磁變壓器取自電網(wǎng)，這樣，風(fēng)力發(fā)電機的輸出總是自動與電網(wǎng)同步，不存在失步問題，而且整個系統(tǒng)控制相當(dāng)簡單，運行非?？煽俊Ｋ牧硪粋€優(yōu)點是可以使風(fēng)力機在很大風(fēng)速X圍內(nèi)按最佳效率運行，提高了風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率，且簡化風(fēng)力機的調(diào)速機構(gòu)，只需采取適當(dāng)?shù)南匏俅胧┘纯?，并且在限速運行區(qū)仍可允許轉(zhuǎn)速有一定X圍的波動，從而可降低風(fēng)力機機械部分的造價，并能提高運行可靠性。另外，電路輸出波形中諧波分量很小，可以得到相當(dāng)好的正弦輸出波形。異步發(fā)電機一直是風(fēng)

16、能系統(tǒng)中常用的能量轉(zhuǎn)換器，因為把異步發(fā)電機并入電網(wǎng)的手續(xù)極為簡單，只要將轉(zhuǎn)子帶動到盡可能接近同步轉(zhuǎn)速，并注意轉(zhuǎn)子向定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向一致，即可并入電網(wǎng)。通常同步發(fā)電機并入電網(wǎng)時必須整步，并且并入電網(wǎng)時有時會發(fā)生振蕩與失步。而且，變速運行的風(fēng)力發(fā)電機能捕捉更多的風(fēng)能，這可從三個方面來說明：當(dāng)風(fēng)速低于用來發(fā)出與電網(wǎng)同頻率電能所需的速度時，仍能利用此時的風(fēng)能。第二，通過對電壓和頻率的動態(tài)控制允許發(fā)電機工作在最大效率點。第三，電壓和頻率的動態(tài)控制使電機勵磁能跟蹤風(fēng)俗變化，因此可以降低機械傳動的能量損耗。但該機組的主要缺點是風(fēng)速小時，電能輸出少。為此在風(fēng)力發(fā)電機組的機電變換器線路中利用不同極對數(shù)和不同額定

17、功率值的兩臺異步發(fā)電機的方法，可以達到增加輸出的目的。該方案是在電網(wǎng)頻率不變的情況下，由風(fēng)輪運行工況變換為電機轉(zhuǎn)速變化工況，從而增加了電能輸出，還可以實現(xiàn)機組的平衡起動和電磁制動，以及電網(wǎng)電壓故障時，控制線路中的伺服電動機可得到備用電源。利用兩臺發(fā)電機無疑會增加風(fēng)力發(fā)電機組的年發(fā)電量，但同時也會增加主電氣設(shè)備的成本，增加這就的運行費用。因此，也有采用一臺雙速變極發(fā)電機來替代兩臺不同額定功率值得異步發(fā)電機。3.2整流裝置3.2.1整流電路的選擇策略1）整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟姡瑧?yīng)用十分廣泛，電路形式多種多樣，各具特色。可從各種角度對整流電路進行分類，分類方法有

18、：文檔按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)可分為單相電路和多相電路；按變壓器二次側(cè)電流的方向可分為單向或雙向；又分為單拍電路和雙拍電路。2）各種整流電路優(yōu)缺點的比較A）單相半波可控整流電路的特點是：簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵芯不飽和，需增大鐵芯截面積，增大了設(shè)備的容量。B）單相橋式全控整流電路與單相全波二者的區(qū)別在于：單相全波可控整流電路中變壓器的二次繞組帶中心抽頭，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。繞組及鐵芯對銅、鐵等材料的消耗比單相全橋多，在當(dāng)今世界上有色金屬資源有限的情況下，這是不利的。單相全波

19、可控整流電路中只用2個晶閘管，比單相全控橋式可控整流電路少2個，相應(yīng)的，晶閘管的門及驅(qū)動電路也要少2個；但是在單相全波可控整流電路中，晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋式整流電路的2倍。單相全波可控整流電路中，導(dǎo)電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而也少了一次管壓降。C）單相橋式半控整流電路的特點：該電路實用中需加設(shè)續(xù)流二極管VDR，以避免可能發(fā)生的失控現(xiàn)象。D）電容濾波的單相不可控整流電路的特點：適用于交直交變換器、不間斷電源、開關(guān)電源等應(yīng)用場合中，常用于小功率單相交流輸入的場合。3.2.2.穩(wěn)壓電路的選擇策略開關(guān)穩(wěn)壓電源發(fā)展迅速，種類繁多，從工作方式上，可分為可控整流型、斬波型和隔離型三

20、大類。1）所謂可控整流型開關(guān)穩(wěn)壓電源，是指采用可控硅整流元件做調(diào)整開關(guān)，由交流市電電網(wǎng)供電，可直接供電，也可經(jīng)過變壓器變壓后供電。在可工作的半波內(nèi)，截去正弦曲線的前一部分，這部分所占角度成為截止角，導(dǎo)通的正弦曲線的后一部分稱為導(dǎo)通角，靠調(diào)導(dǎo)通角的大小，達到調(diào)整輸出電壓和穩(wěn)定輸出電壓的目的。2）所謂斬波型開關(guān)穩(wěn)壓電源指直流供電，輸入直流電壓加到開關(guān)電路上，在開關(guān)電路的輸出端得到單向的脈動直流，經(jīng)濾波得到與輸出電壓不同穩(wěn)定的直流輸出電壓，從輸出電壓取樣，經(jīng)比較、放大、控制脈沖信號，控制調(diào)整開關(guān)的導(dǎo)通時間和截止時間的相對長短達到穩(wěn)壓的目的。3）所謂隔離型開關(guān)電源，是指輸出回路與逆變電路之間，經(jīng)過高頻

21、變壓器，由磁場的變化實現(xiàn)能量傳遞，沒有電流之間的直流接通。習(xí)慣上稱為直流變換器。直流變換器不都是隔離型開關(guān)穩(wěn)壓器，如正弦波震蕩狀態(tài)，還有不少直流變換器沒有穩(wěn)壓功能。嚴(yán)格的說，直流變換器包括隔離開關(guān)型穩(wěn)壓器，但為了通俗，還是采用直流變換器一詞。直流變文檔換器是指直流電壓供電，經(jīng)開關(guān)電路，將直流變?yōu)榻涣?，因與整流作用相反，因此通常稱為逆變器。經(jīng)過逆變器將直流供電能量轉(zhuǎn)變成頻率很高的交流能量，再經(jīng)變壓器隔離、變壓，再整流，得到新的直流輸出電壓。從輸出取樣，經(jīng)放大、反饋至逆變器，控制它的工作，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。3.2.3.逆變電路的選擇策略1）直接逆變后用工頻變壓器升壓至交流220V這種方法電路

22、結(jié)構(gòu)簡單，控制也比較容易。但是因為使用工頻變壓器，從而增大了體積、重量和成本。另外，逆變時由于輸入電壓低，造成電流大，功率管的選擇比較困難。還有逆變后電流比較大，從而后級工頻變壓器的制作也比較困難。2）高頻鏈逆變技術(shù)逆變出交流220V電壓這種方法因為使用高頻變壓器，因此體積小、重量輕、成本也低。但是由于是新興技術(shù)，逆變時要精確確定電壓過零點和電流過零點，因此控制電路比較復(fù)雜、難以控制。另外，目前采用高頻鏈逆變技術(shù)的逆變器只能用于低功率X疇。3）高頻升壓后接逆變器逆變出交流220V電壓這種方法不但控制簡單，而且也避免了使用工頻變壓器。升壓電路可供選擇的電路結(jié)構(gòu)形式有多種，如升壓斬波器、升降壓斬波

23、器、單端反激式、雙端開關(guān)電源等。實際中可以選擇輸出隔離的電路結(jié)構(gòu)形式，也可以選擇不隔離的電路結(jié)構(gòu)形式。3.3控制系統(tǒng)為使風(fēng)力機組能夠穩(wěn)定運行，必須對其進行有效的控制?？紤]到風(fēng)力發(fā)電機組的特殊性，按重要性的順序，控制器應(yīng)依次滿足以下要求：1）風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是穩(wěn)定的；2）運行過程中，在各種不確定的因素如陣風(fēng)、剪切風(fēng)、負(fù)載變化作用下具有魯棒性；3）控制代價小，即對不同輸入信號的幅值有一定限制，如調(diào)向的時間等；4）最大限度的將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，即在額定風(fēng)速以下，可能使發(fā)電機在每一種風(fēng)速時，輸出的電功率達到最大，額定風(fēng)速以上時則保持輸出電功率為常量；5）風(fēng)力發(fā)電機輸出的電功率保持恒壓恒頻，有較高的電能品質(zhì)質(zhì)

24、量文檔第四章風(fēng)力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響4.1對電能質(zhì)量的影響4.1.1影響風(fēng)資源的不確定性和風(fēng)電機組本身的運行特性使風(fēng)電機組的輸出功率是波動的，可能影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，如電壓偏差、電壓波動和閃變、諧波以及周期性電壓脈動等。電壓波動和閃變是風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量的主要負(fù)面影響之一。電壓波動的危害表現(xiàn)在照明燈光閃爍、電視機畫面質(zhì)量下降、電動機轉(zhuǎn)速不均勻和影響電子儀器、計算機、自動控制設(shè)備的正常工況等。影響風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生波動和閃變的因素有很多:隨著風(fēng)速的增大，風(fēng)電機組產(chǎn)生的電壓波動和閃變也不斷增大。并網(wǎng)風(fēng)電機組在啟動、停止和發(fā)電機切換過程中也產(chǎn)生電壓波動和閃變。風(fēng)電機組公共連接點短路比越大，風(fēng)電機組引起

25、的電壓波動和閃變越小。另外，風(fēng)電機組中的電力電子控制裝置如果設(shè)計不當(dāng)，將會向電網(wǎng)注入諧波電流，引起電壓波形發(fā)生不可接受的畸變，并可能引發(fā)由諧振帶來的潛在問題。異步電機作為發(fā)電機運行時，沒有獨立的勵磁裝置，并網(wǎng)前發(fā)電機本身沒有電壓，因此并網(wǎng)時必然伴隨一個過渡過程，流過56倍額定電流的沖擊電流，一般經(jīng)過幾百ms后轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。風(fēng)力發(fā)電機組與大電網(wǎng)并聯(lián)時，合閘瞬間的沖擊電流對發(fā)電機及電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行不會有太大影響。但對小容量的電網(wǎng)，風(fēng)電場并網(wǎng)瞬間將會造成電網(wǎng)電壓的大幅度下跌，從而影響接在同一電網(wǎng)上的其他電器設(shè)備的正常運行，甚至?xí)绊懙秸麄€電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全。4.1.2解決措施一、改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)并網(wǎng)風(fēng)電機組的

26、公共連接點短路比和電網(wǎng)的線路x/r比是影響風(fēng)電機組引起的電壓波動和閃變的重要因素。風(fēng)電機組公共連接點短路比越大，風(fēng)電機組引起的電壓波動和閃變越小。合適的電網(wǎng)線路x/r比可使有功功率引起的電壓波動被無功功率引起的電壓波動補償?shù)?，從而使整個平均閃變值有所減輕。研究表明，當(dāng)線路x/r比很小時，并網(wǎng)風(fēng)電機組引起的電壓波動和閃變很大。當(dāng)線路x/r比對應(yīng)的線路阻抗角為6070時，并網(wǎng)風(fēng)電機組引起的電壓波動和閃變最小。另外，通過人工干預(yù)使風(fēng)電機組不同時啟停，可以減小啟停機對電網(wǎng)的影響。二、安裝電力電子裝置對于風(fēng)電場并網(wǎng)過程對電網(wǎng)造成的沖擊，通常采用的是雙向晶閘管控制的軟啟動裝置。當(dāng)風(fēng)力機將發(fā)電機帶到同步速附

27、近時，發(fā)電機輸出端斷路器閉合，使發(fā)電機經(jīng)一組雙向晶閘管與電網(wǎng)連接，通過電流反饋對雙向晶閘管導(dǎo)通角進行控制，使雙向晶閘管的觸發(fā)角由文檔180向0逐漸打開，并網(wǎng)過程結(jié)束后，將雙向晶閘管短接。通過采用這種軟啟動方式，可以將風(fēng)電場并網(wǎng)時的沖擊電流限制在1.21.5倍額定電流以內(nèi)，得到一個比較平滑的并網(wǎng)過程。4.2對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響4.2.1影響風(fēng)力發(fā)電通常接入到電網(wǎng)的末端，改變了配電網(wǎng)功率單向流動的特點，使潮流流向和分布發(fā)生改變，這在原有電網(wǎng)的規(guī)劃和設(shè)計時是沒有預(yù)先考慮的。因此，隨著風(fēng)電注入功率的增加，風(fēng)電場附近局部電網(wǎng)的電壓和聯(lián)絡(luò)線功率將會超出安全X圍，嚴(yán)重時會導(dǎo)致電壓崩潰。由于采用異步發(fā)電機，風(fēng)電

28、系統(tǒng)在向電網(wǎng)注入功率的同時需要從電網(wǎng)吸收大量的無功功率。因此，為了補償風(fēng)電場的無功功率，每臺風(fēng)力發(fā)電機都配有功率因數(shù)校正裝置，目前常用的是分組投切的并聯(lián)電容器。電容器的無功補償量的大小與接入點電壓的平方成正比，當(dāng)系統(tǒng)電壓水平較低時，并聯(lián)電容器的無功補償量迅速下降，導(dǎo)致風(fēng)電場對電網(wǎng)的無功需求上升，進一步惡化電壓水平，嚴(yán)重時會造成電壓崩潰。由于異步發(fā)電機的功率恢復(fù)特性，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，若故障切除不及時，也將容易導(dǎo)致暫態(tài)電壓失穩(wěn)。另一方面，隨著風(fēng)電場規(guī)模的不斷擴大，風(fēng)電場在系統(tǒng)中所占的比例不斷增加，風(fēng)電輸出的不穩(wěn)定性對電網(wǎng)的功率沖擊效應(yīng)也不斷增大，對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響就更加顯著，嚴(yán)重情況下將會使

29、系統(tǒng)失去動態(tài)穩(wěn)定性，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的瓦解。4.2.2解決措施一、分組切換電容器分組快速投切電容器組對系統(tǒng)進行無功補償?shù)乃惴?，計及了風(fēng)速和負(fù)荷變化對風(fēng)電場輸出有功功率和無功功率影響。但是，這種分組投切的電容器不能實現(xiàn)連續(xù)的電壓調(diào)節(jié)，其電容器的投切次數(shù)有一定的限制，其動作也有一定延時，因此對于風(fēng)速的快速變化造成的電壓波動難以解決。二、靜止無功補償器（SVC)SVC可快速平滑的調(diào)節(jié)無功補償功率的大小，提供動態(tài)的電壓支撐，改善系統(tǒng)的運行性能。將SVC安裝在風(fēng)電場的出口，根據(jù)風(fēng)電場接入點的電壓偏差量來控制SVC補償?shù)臒o功功率，能夠穩(wěn)定風(fēng)電場節(jié)點電壓，降低風(fēng)電功率波動對電網(wǎng)電壓的影響。對某個具體的系統(tǒng)安裝S

30、VC裝置前和安裝SVC裝置后進行了仿真計算，結(jié)果表明在安裝SVC裝置后，風(fēng)電場節(jié)點電壓的波動明顯降低;當(dāng)發(fā)生故障后，SVC的動態(tài)無功調(diào)節(jié)能力可以加快故障切除后風(fēng)電場節(jié)點電壓的恢復(fù)過程，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三、超導(dǎo)儲能裝置（SMES)SMES能量密度高，其儲能密度可達108J/m3，而且能夠快速吞吐有功功率。通過采用基于GTO的雙橋結(jié)構(gòu)換流裝置，SMES可在四象限靈活的調(diào)節(jié)有功和無功功率，為系統(tǒng)文檔提供功率補償，跟蹤電氣量的波動。文獻提出了在風(fēng)電場出口安裝SMES裝置，充分利用SMES有功無功綜合調(diào)節(jié)的能力，可降低風(fēng)電場輸出功率的波動，穩(wěn)定風(fēng)電場電壓。同時SMES是一種有源的補償裝置，與SVC相比

31、其無功補償量對接入點電壓的依賴程度小，在低電壓時的補償效果更好。另外，SMES代表了柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的新技術(shù)方向，將SMES用于風(fēng)力發(fā)電可以實現(xiàn)對電壓和頻率的同時控制。4.3對保護裝置的影響4.3.1影響為了減少風(fēng)電機組的頻繁投切對接觸器的損害，在有風(fēng)期間風(fēng)電機組都保持與電網(wǎng)相連，當(dāng)風(fēng)速在起動風(fēng)速附近變化時，允許風(fēng)電機組短時電動機運行，風(fēng)電場與電網(wǎng)之間聯(lián)絡(luò)線的功率流向有時是雙向的。因此，風(fēng)電場繼電保護裝置的配置和整定應(yīng)充分考慮到這種運行方式。異步發(fā)電機在發(fā)生近距離三相短路故障時不能提供持續(xù)的故障電流，在不對稱故障時提供的短路電流也非常有限。因此，風(fēng)電場保護的技術(shù)困難是如何根據(jù)有限

32、的故障電流來檢測故障的發(fā)生，使保護裝置準(zhǔn)確而快速的動作。另一方面，盡管風(fēng)力發(fā)電提供的故障電流非常有限，但也有可能會影響現(xiàn)有配電網(wǎng)絡(luò)保護裝置的正確運行，這在最初的配電網(wǎng)保護配置和整定時是沒有考慮到的。4.3.2解決措施在風(fēng)電場保護裝置的配置與整定方面，目前通常的做法是按照終端變電站的方案進行配置和整定。主要依靠配電網(wǎng)的保護來切除網(wǎng)絡(luò)的故障，然后由孤島保護、低電壓保護等措施來逐臺切除風(fēng)電機組。從而在故障期間斷開風(fēng)電場與系統(tǒng)的連接，而當(dāng)故障清除后，控制風(fēng)電場自動重新并網(wǎng)。但是對于今后有大量風(fēng)電場接入配電網(wǎng)的情況，這種方法會降低系統(tǒng)的可靠性。4.4電壓穩(wěn)定性大型風(fēng)電場及其周圍地區(qū)，常常會有電壓波動大的

33、情況。主要是因為以下三種情況。風(fēng)力發(fā)電機組啟動時仍然會產(chǎn)生較大的沖擊電流。單臺風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)對電網(wǎng)電壓的沖擊相對較小，但并網(wǎng)過程至少持續(xù)一段時間后（約為幾十秒）才基本消失，多臺風(fēng)力發(fā)電機組同時直接并網(wǎng)會造成電網(wǎng)電壓驟降。因此多臺風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)需分組進行，且要有一定的間隔時間。當(dāng)風(fēng)速超過切出風(fēng)速或發(fā)生故障時，風(fēng)力發(fā)電機會從額定出力狀態(tài)自動退出并網(wǎng)狀態(tài)，風(fēng)力發(fā)電機組的脫網(wǎng)會產(chǎn)生電網(wǎng)電壓的突降，而機端較多的電容補償由于抬高了脫網(wǎng)前風(fēng)電場的運行電壓，從而引起了更大的電網(wǎng)電壓的下降。風(fēng)電場風(fēng)速條件變化也將引起風(fēng)電場及其附近的電壓波動。比如當(dāng)風(fēng)場平均風(fēng)速加大，輸入系統(tǒng)的有功功率增加，風(fēng)電場母線電壓開

34、始有所降低，然后升高。這是因為當(dāng)風(fēng)文檔場輸入功率較小時，輸入有功功率引起的電壓升數(shù)值小，而吸收無功功率引起的電壓降大；當(dāng)風(fēng)場輸入功率增大時，輸入有功引起的電壓升數(shù)值增加較大，而吸收無功功率引起的電壓降增加較小。如果考慮機端電容補償，則風(fēng)電場的電壓增加。特別的，當(dāng)風(fēng)電場與系統(tǒng)間等值阻抗較大時，由于風(fēng)速變動引起的電壓波動現(xiàn)象更為明顯。研究發(fā)現(xiàn)，使用電力電子轉(zhuǎn)換裝置的風(fēng)力發(fā)電機，能夠減少電壓波動，比如并網(wǎng)時風(fēng)電場機端若能提供瞬時無功，則啟動電流也大大減小，對地方電網(wǎng)的沖擊將大大減輕。值得一提的是，如果采用異步發(fā)電機作為風(fēng)力發(fā)電機，除非采取必要的預(yù)防措施，如動態(tài)無功補償、加固網(wǎng)絡(luò)或者采用HVDC連接，否則當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某處發(fā)生三相接地故障時，將有可能導(dǎo)致全網(wǎng)的電壓崩潰。文檔第五章風(fēng)電場對策5.1無功控制有功調(diào)度大型風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機幾乎都是異步發(fā)電機，在其并網(wǎng)運行時需從電力系統(tǒng)中吸收大量無功功率，增加電網(wǎng)的無功負(fù)擔(dān)，有可能導(dǎo)致小型電網(wǎng)的電壓失穩(wěn)。因此風(fēng)力發(fā)電機端往往配備有電容器組，進行無功補